基于载荷特性的机电液系统功率流耦合特性研究

发布时间：2017-10-16 12:43

  本文关键词：基于载荷特性的机电液系统功率流耦合特性研究

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【摘要】：随着工业自动化的不断发展，机电液系统向高性能、多功能、集成化等方向发展，装备结构和信息传递过程越来越复杂，如何保证系统安全、可靠、高效运行成为关键技术问题。由于机电液系统在多场域、多过程耦合中，能量流、物质流与信息流的交互传递、转换和演变是机电液系统功能生成过程中的基础条件，如何认识系统功能生成过程中的运行状态、载荷工况以及故障演化过程，是机电液系统安全、稳定的先决条件之一，同时也是亟待解决的技术难题。物质流是能量流的载体，能量流是信息流的载体，在此过程中信息流将反作用于能量流，而促使物质流发生改变，同时若将系统中不同介质参数集中于能量流并研究其变化规律，将对系统的耦合过程及机理研究起到重要的推动作用。功率是能量的变化率，功率流比能量流承载更丰富的动态信息，探索不同运行工况载荷下的功率流分布规律，研究系统功率类型、传递特性、转换机理和稳定机制，为系统运行状态识别、载荷工况描述以及故障演化过程的研究奠定理论基础。主要内容如下： （1）利用功率键合图方法构建机电液系统功率模型，详细分析系统能量传递和转换机理以及各部分功率的损耗、存储，，为研究不同工况载荷下的功率流分布规律提供理论依据。 （2）结合MATLAB/SIMULINK软件建立系统仿真模型，主要仿真分析实际工作过程中斜坡加载、阶跃、冲击等典型载荷工况下，机电液系统各部分功率的变化规律及系统效率等运行指标；并在此基础上研究油液体积弹性模量、油液粘度、泄漏系数等耦合参数对系统损失功率、存储功率的影响，以及对系统整体稳定性和工作效率的影响。 （3）从考虑系统稳定性角度出发，在结合工况负载分析稳定性的基础上，通过功率耦合模型求得线性化系统状态方程，依据现代控制理论中的李亚普诺夫稳定性理论来判定系统的稳定性，为系统在复杂、多变的环境下安全、可靠运行分析奠定基础。 （4）针对机电液一体化实验平台对机电液系统载荷的典型工况进行模拟，通过控制变频电机输入电功率控制系统功率流动，为寻求电功率与负载功率的匹配条件及控制方法奠定基础。
【关键词】：功率流 机电液系统 耦合因素 工况特性
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH-39;TH137
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.1.1 课题研究背景10
• 1.1.2 课题研究意义10-11
• 1.2 功率流理论的发展现状11-13
• 1.2.1 功率流理论概述11
• 1.2.2 功率流理论研究现状11-12
• 1.2.3 功率流理论在机电液系统中的应用12-13
• 1.3 论文研究的主要内容及工作13-14
• 2 机电液系统功率耦合模型建模14-34
• 2.1 引言14
• 2.2 机电液系统建模介绍14-15
• 2.3 功率键合图理论15-18
• 2.4 机电液系统功率流耦合模型及其传递过程分析18-24
• 2.4.1 电动机键合图模型19
• 2.4.2 液压泵键合图模型19-21
• 2.4.3 管路键合图模型21
• 2.4.4 液压马达及负载键合图模型21-22
• 2.4.5 机电液系统功率键合图模型及其传递过程22-24
• 2.5 建立 SIMULINK 仿真模型24-32
• 2.5.1 由功率键合图推导系统状态方程24-25
• 2.5.2 SIMULINK 仿真模型25-26
• 2.5.3 模型参数的确定26-32
• 2.6 本章小结32-34
• 3 基于载荷特性的机电液系统功率流耦合特性研究34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 机电液系统载荷特性介绍34-35
• 3.3 工况载荷对机电液系统功率流传递特性影响仿真研究35-38
• 3.3.1 阶跃跟踪对系统功率的影响35-36
• 3.3.2 斜坡跟踪对系统功率的影响36-37
• 3.3.3 冲击跟踪对系统功率的影响37-38
• 3.4 工况载荷对机电液系统外特性影响研究38-43
• 3.4.1 不同工况载荷对系统效率的影响39-40
• 3.4.2 不同工况载荷对系统稳定性的影响40-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 机电液系统耦合因素对系统功率的影响研究44-54
• 4.1 引言44
• 4.2 机电液系统主要耦合因素分析44-48
• 4.2.1 油液体积弹性模量44-45
• 4.2.2 油液粘度45-47
• 4.2.3 泄漏系数47-48
• 4.3 不同工况载荷下耦合因素影响系统功率的仿真分析48-52
• 4.3.1 不同工况下油液体积弹性模量对系统功率的影响48-49
• 4.3.2 不同工况下油液粘度对系统功率的影响49-50
• 4.3.3 不同工况下泄漏系数对系统功率的影响50-52
• 4.4 本章小结52-54
• 5 机电液系统稳定性分析54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 系统稳定性及其李雅普诺夫稳定54-61
• 5.2.1 稳定性一般概念54-55
• 5.2.2 李雅普诺夫稳定性定义55-57
• 5.2.3 李雅普诺夫第一法57-58
• 5.2.4 李雅普诺夫第二法58-60
• 5.2.5 线性定常系统的李雅普诺夫稳定分析60-61
• 5.3 基于李雅普诺夫的机电液系统稳定性分析61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 6 基于电功率分析的机电液系统功率耦合特性实验方案研究64-70
• 6.1 引言64
• 6.2 机电液一体化实验台介绍64-68
• 6.2.1 实验台功能介绍及其方案设计64-66
• 6.2.2 实验台驱动回路设计66-67
• 6.2.3 实验台关键元件选型67-68
• 6.3 机电液系统控制方案设计68-69
• 6.3.1 模拟加载系统68
• 6.3.2 变频电机调速系统68-69
• 6.3.3 电功率控制系统69
• 6.4 本章小结69-70
• 7 总结和展望70-72
• 7.1 总结70-71
• 7.2 展望71-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-78
• 附录 攻读学位期间发表的论文78

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本文编号：1042747